(57)【要約】【課題】インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体と、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減するポンプ及びポンプの漏れ流れ干渉抑制機構を提供する。【解決手段】ポンプは、ケーシング２内で回転する主軸１と、主軸１と連動して回転するインペラ１０と、インペラ１０に流体を供給するインデューサ６と、インペラ１０の前シュラウド１１の外周とケーシング２との間に形成される流体の還流流路となる第１流路１２のシール部と、シール部の下流側であって、かつ第１流路１２の延長線上にあるケーシング２の一部を凹部としたキャビティ１３と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内で回転する主軸と、
前記主軸と連動して回転するインペラと、
前記インペラに流体を供給するインデューサと、
前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、
前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、
を含むことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状である請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列する請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
ケーシング内で回転する主軸と連動し、かつ回転するインペラと、
前記インペラに流体を供給するインデューサと、
前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、
前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、
を含むことを特徴とするポンプの漏れ流れ干渉抑制機構。
【請求項５】
前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状である請求項４に記載のポンプの漏れ流れ干渉抑制機構。
【請求項６】
前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列する請求項５に記載のポンプの漏れ流れ干渉抑制機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インデューサを介して吸い込んだ流体を遠心力で加圧するポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、軸スラストを自動調芯できるとともに軸方向の推力バランスを容易に調整することが可能な軸スラストのバランス機構を備えたターボポンプが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０８５２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているターボポンプのポンプは、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシールを超えて還流する流体が漏れ流れとなり、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流と干渉するおそれがある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体と、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減するポンプ及びポンプの漏れ流れ干渉抑制機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、ポンプは、ケーシング内で回転する主軸と、前記主軸と連動して回転するインペラと、前記インペラに流体を供給するインデューサと、前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラの前シュラウド外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れと、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減することができる。そして、ポンプは、高速回転することでシール部の漏れ流れが生じても、主流への干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプは、高速回転可能となるので分子量の小さい流体でも圧縮することができる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状であることが好ましい。
【０００９】
この構成により、シール部を通過した流体の流速が緩和され、漏れ流れが主流と合流する速度分布の偏りを抑制することができる。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列することが好ましい。
【００１１】
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回（スワール）が緩和される。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
【００１２】
上記の目的を達成するために、ポンプの漏れ流れ干渉抑制機構は、ケーシング内で回転する主軸と連動し、かつ回転するインペラと、前記インペラに流体を供給するインデューサと、前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラの前シュラウド外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れと、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減することができる。そして、ポンプは、高速回転することでシール部の漏れ流れが生じても、主流への干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプは、高速回転可能となるので分子量の小さい流体でも圧縮することができる。
【００１４】
本発明の望ましい態様として、前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状であることが好ましい。
【００１５】
この構成により、シール部を通過した流体の流速が緩和され、漏れ流れが主流と合流する速度分布の偏りを抑制することができる。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
【００１６】
本発明の望ましい態様として、前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列することが好ましい。
【００１７】
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回（スワール）が緩和される。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体と、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減するポンプ及びポンプの漏れ流れ干渉抑制機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係るポンプが適用されるロケットエンジンの概略配管系統図である。
【図２】図２は、実施形態に係るポンプを含むターボポンプの概略構成図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るポンプを表す概略部分断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係るポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。
【図６】図６は、比較例のポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。
【図７】図７は、実施形態２に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。
【図８】図８は、図７に示すキャビティのＡ−Ａ断面視の状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２１】
（実施形態１）
図１は、実施形態に係るポンプが適用されるロケットエンジンの概略配管系統図である。ロケットエンジン１００は、燃料の一部をロケット用燃焼器１０１の冷却材として用いると共に酸化剤及び燃料を加圧、圧送するターボポンプ５０及びターボポンプ６０の駆動媒体としても用いている。
【００２２】
＜ロケットエンジン＞
ロケットエンジン１００は、酸化剤と燃料とを噴射可能な噴射器１０２を含み、酸化剤と燃料とが燃焼可能なロケット用燃焼器１０１を備える。さらに、ロケットエンジン１００は、この酸化剤及び燃料をロケット用燃焼器１０１に供給すると共にロケットエンジン１００の各部に循環させる配管系統として、燃料をロケット用燃焼器１０１に供給する燃料供給ライン９０と、酸化剤をロケット用燃焼器１０１に供給する酸化剤供給ライン９１と、ロケット用燃焼器１０１を冷却する冷却媒体として燃料をロケットエンジン１００の各部に循環させる冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２とを備える。
【００２３】
燃料供給ライン９０は、複数の配管により構成され、燃料としての液体水素（以下、「ＬＨ２」と称する。）を貯留する燃料タンクとロケット用燃焼器１０１の噴射器１０２とを接続し、燃料供給系を構成する。同様に、酸化剤供給ライン９１は、複数の配管により構成され、酸化剤としての液体酸素（以下、「ＬＯｘ」と称する。）を貯留する酸化剤タンクとロケット用燃焼器１０１の噴射器１０２とを接続し、酸化剤供給系を構成する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、複数の配管により構成され、一端において燃料供給ライン９０から分岐すると共に後述するロケット用燃焼器１０１における燃焼室１０３の壁面内の冷却通路１０５などを経由して他端がロケット用燃焼器１０１のノズル１０４内部に接続され、冷却媒体・駆動媒体供給系を構成する。
【００２４】
ロケットエンジン１００は、燃料供給ライン９０を介して燃料をロケット用燃焼器１０１に圧送可能な燃料用のターボポンプ５０及び酸化剤供給ライン９１を介して酸化剤をロケット用燃焼器１０１に圧送可能な酸化剤用のターボポンプ６０と、ロケット用燃焼器１０１を冷却して気化した燃料と液体燃料とを混合するミキサ７０と、酸化剤と燃料との混合気に点火する点火器８０とを備える。
【００２５】
燃料用のターボポンプ５０は、ポンプ５１とタービン５２を備える。タービン５２は、冷却通路１０５を通過し気化した燃料としての水素ガス（以下、「ＧＨ２」と称する。）により回転駆動されることでポンプ５１を駆動し、ポンプ５１は、燃料供給ライン９０のＬＨ２を加圧して噴射器１０２に圧送する。酸化剤用のターボポンプ６０は、ポンプ６１とタービン６２を備える。タービン６２は、冷却通路１０５を通過し気化した燃料としてのＧＨ２により回転駆動されることでポンプ６１を駆動し、ポンプ６１は、酸化剤供給ライン９１のＬＯｘを加圧して噴射器１０２に圧送する。
【００２６】
燃料供給ライン９０は、ＬＨ２の流動方向に対して上流側から順に、燃料用のターボポンプ５０のポンプ５１と、主燃料バルブ９３と、ミキサ７０とを備える。酸化剤供給ライン９１は、ＬＯｘの流動方向に対して上流側から順に、酸化剤用のターボポンプ６０のポンプ６１と、主酸化剤バルブ９４とを備える。
【００２７】
冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、燃料供給ライン９０のＬＨ２の流動方向に対してポンプ５１の下流側、主燃料バルブ９３の上流側で燃料供給ライン９０から分岐する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、燃料供給ライン９０のＬＨ２の流動方向に対して上流側から順に、燃焼室冷却バルブ９２ｃと、冷却通路１０５と、推力制御バルブ９５と、燃料用のターボポンプ５０のタービン５２と、酸化剤用のターボポンプ６０のタービン６２を備える。
【００２８】
燃料用のターボポンプ５０のタービン５２と、酸化剤用のターボポンプ６０のタービン６２とは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２に直列に配置される。また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、他端においてノズル１０４内部に接続する部分の上流側にノズル１０４を冷却する冷却通路も備えている。なお、燃料用のターボポンプ５０及び酸化剤用のターボポンプ６０の具体的な構成は、後述する。
【００２９】
また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、合流管９６と、混合比制御管９７と、バイパス管９８を備える。合流管９６は、冷却通路１０５の下流側、推力制御バルブ９５の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐してミキサ７０に接続する。混合比制御管９７は、酸化剤用のターボポンプ６０のタービン６２の上流側、燃料用のターボポンプ５０のタービン５２の下流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐してタービン６２の下流側に接続することで、タービン６２をバイパスする。この混合比制御管９７は、混合比制御バルブ９９を備える。バイパス管９８は、合流管９６の分岐部の下流側、推力制御バルブ９５の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐して酸化剤用のターボポンプ６０のタービン６２の下流側に接続してタービン５２及びタービン６２をバイパスする。このバイパス管９８は、ウエストバルブ９８ａを備える。
【００３０】
主燃料バルブ９３は、燃料供給ライン９０を開閉することで噴射器１０２へのＬＨ２の供給を調節する。主酸化剤バルブ９４は、酸化剤供給ライン９１を開閉することで噴射器１０２へのＬＯｘの供給を調節する。燃焼室冷却バルブ９２ｃは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２を開閉することで冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２におけるＬＨ２、ＧＨ２の循環を調節する。推力制御バルブ９５は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２を開閉することでタービン５２に導入される駆動媒体としてのＧＨ２の導入量を制御してこのタービン５２の回転数を制御する。上記構成により、ポンプ５１によるＬＨ２の加圧を制御することで、ロケットエンジン１００全体での推力が制御される。
【００３１】
混合比制御バルブ９９は、混合比制御管９７を開閉することでタービン６２に導入される駆動媒体としてのＧＨ２の導入量を制御してこのタービン６２の回転数を制御する。この構成により、ポンプ６１によるＬＯｘの加圧を制御することで、ロケット用燃焼器１０１全体での混合比（ＬＯｘ／ＧＨ２）、すなわち、噴射器１０２から噴射されるＬＯｘとＧＨ２との比率が制御される。ウエストバルブ９８ａは、冷却通路１０５を通過することで気化したＧＨ２がタービン５２、タービン６２をバイパスする際に当該バイパス量に応じて開閉する。
【００３２】
ミキサ７０は、主燃料バルブ９３を通過した極低温のＬＨ２と、冷却通路１０５を通過して気化した高温のＧＨ２とを混合し、ＧＨ２としてロケット用燃焼器１０１に供給可能とする。なお、燃料としての水素は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２における冷却通路１０５よりも下流側ではＧＨ２及びＬＨ２の気液二相が存在していることがある。
【００３３】
上記のように構成されるロケットエンジン１００は、燃料供給ライン９０を介して供給されるＬＨ２を燃料用のターボポンプ５０によってロケット用燃焼器１０１に圧送すると共に、酸化剤供給ライン９１を介して供給されるＬＯｘを酸化剤用のターボポンプ６０によってロケット用燃焼器１０１に圧送する。
【００３４】
ロケットエンジン１００は、ＬＯｘとＧＨ２とをロケット用燃焼器１０１の燃焼室１０３内で混合し、この混合気に点火器８０により点火することで燃焼させて推力を得る。この間、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、燃料用のターボポンプ５０により圧送されるＬＨ２の一部をロケット用燃焼器１０１における燃焼室１０３の壁面に設けられる冷却通路１０５に導入する。そして、低温のＬＨ２は、燃焼室１０３を冷却する。燃焼室１０３を冷却することでエネルギーを得たＬＨ２は、その温度が上昇しガス化してＧＨ２となる。ガス化したＧＨ２の一部は、合流管９６を介してミキサ７０に導入され、このミキサ７０でＬＨ２と混合される。
【００３５】
また、残りのＧＨ２が燃料用のターボポンプ５０のタービン５２、酸化剤用のターボポンプ６０のタービン６２に順に導入され、タービン５２、タービン６２の駆動媒体として作用し、その膨張エネルギーによりタービン５２、タービン６２を回転駆動する。これにより、上述のように燃料用のターボポンプ５０及び酸化剤用のターボポンプ６０は、ＬＨ２、ＬＯｘを圧送する。そして、タービン５２、タービン６２を回転駆動したＧＨ２は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の他端からノズル１０４内に廃棄される。
【００３６】
なお、このロケットエンジン１００では、密度が高く従って高出力が必要な燃料用のターボポンプ５０をＧＨ２により先に駆動し、その後に酸化剤用のターボポンプ６０を駆動する。また、燃料用のターボポンプ５０、酸化剤用のターボポンプ６０を駆動した後のＧＨ２の圧力は初めのタービン５２入口前の圧力に比較してかなり低下しており、タービン５２入口前の圧力と略等しい圧力の燃焼室１０３内には供給することはできないため、ロケット用燃焼器１０１の低圧部位としてノズル１０４内部に排出している。
【００３７】
＜ターボポンプ＞
図２は、実施形態に係るポンプを含むターボポンプの概略構成図である。ターボポンプ５０またはターボポンプ６０は、回転駆動される主軸１と、主軸１に固定されたインペラ１０と、主軸１に固定されたタービン翼８と、液体を導入するインデューサ６と、ケーシング２と、主軸１の回転を支持する軸受４及び軸受５と、主軸１とケーシング２との隙間からＬＯｘ、ＬＨ２等の液体が漏洩することを防止するメカニカルシール７とを含む。ターボポンプ５０またはターボポンプ６０は、主軸１がインペラ１０とタービン翼８とを直列に連結する。
【００３８】
インデューサ６は、軸流型の羽根車であって、ケーシング２内にタービン翼８及びインペラ１０と主軸１の同軸上に連結されて収容されている。なお、矢印Ｐｉの向きは、燃料タンクまたは酸化剤タンクから供給されるＬＨ２またはＬＯｘの供給方向を示している。高温高圧のガスでタービン翼８を回転させ、連動するインペラ１０が回転駆動すると、これと同期してインデューサ６の羽根車が回転する。このため、インデューサ６は、ＬＨ２またはＬＯｘをインペラ１０の吸込口まで導き、インペラ１０の吸込性能を維持させるためにインペラ１０の羽根車に発生するキャビテーションを抑制する。
【００３９】
インペラ１０は、ケーシング２内で回転させて、遠心ポンプとして作用する。つまり、ポンプ５１、６１は、インデューサ６を介して吸い込んだ流体を遠心力で加圧する遠心式ポンプである。インペラ１０は、インデューサ６を介して吸い込んだＬＯｘ、ＬＨ２等の液体（流体）を加圧し、ＬＯｘ、ＬＨ２等の液体にエネルギーを与える。加圧されたＬＯｘ、ＬＨ２等の液体は、矢印Ｐｏの方向に排出され、図１に示す燃料供給ライン９０または酸化剤供給ライン９１に供給される。
【００４０】
タービン５２、６２は、上述したように図１に示す冷却通路１０５を通過し気化すると共に、矢印Ｇｉの方向から供給されるＧＨ２により回転駆動する。つまり、駆動媒体であるＧＨ２は、タービン翼８を押して、主軸１を回転させる。なお、駆動媒体であるＧＨ２は、矢印Ｇｏの方向に排出され、図１に示すように、燃焼室１０３に送られる。
【００４１】
＜ポンプ＞
図３は、実施形態１に係るポンプを表す概略部分断面図である。図３に示すように、ケーシング２はインペラ１０のタービン翼８側に位置する静止壁３を備えている。インペラ１０は、インペラ１０の外周面を覆うように前シュラウド１１及び後シュラウド１５を備えている。前シュラウド１１の外周面と、対向するケーシング２との隙間には液体が通流する第１流路１２が形成されている。ケーシング２には、還流流路である第１流路１２の延長線上にあるケーシング２の一部を凹部としたキャビティ１３が形成されている。
【００４２】
インペラ１０の後シュラウド１５と、対向する静止壁３との隙間には、液体が通流する第２流路１６が形成されている。第２流路１６は、第１オリフィス１７と第２オリフィス１８とを含む多段オリフィスを備えている。第１オリフィス１７と第２オリフィス１８とは、第２流路１６の圧力を調整し、軸方向のバランスを保ち、インペラ１０が他部材と接触するおそれを低減する。
【００４３】
また、バランスホール１９は、第２流路１６と接続し、第２流路１６の液体をインペラ１０の翼入口に還流させている。バランスホール１９は、翼に連通する側が第２流路１６に連通する側よりも径方向外側に位置するように傾斜している。このため、バランスホール１９から還流する液体は、インペラ１０の主流の流入向きを乱す乱流を抑制できる。その結果、ポンプ５１、６１はポンプ性能を維持することができる。
【００４４】
上述したキャビティ１３を経由して、インデューサ６とインペラ１０との間に噴出する漏れ流れＣｒは、インデューサ６が供給する流体の主流Ｃｍに合流する。図４は、実施形態１に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。図４は、図３の部分拡大図である。
【００４５】
図４に示すように、第１流路１２には、インペラ１０の前シュラウド１１の内径側に設けた突起部１１ａと、この突起部１１ａに対向するケーシング２の還流内面２ａとによりシール部が形成されている。キャビティ１３は、シール部の下流側であって、第１流路１２の延長線上にあるケーシング２の一部を凹部とし、図３に示す主軸１の回転軸と直交する断面において円環状である。
【００４６】
図４に示すシール部直後の漏れ流れＣｓは、突起部１１ａと還流内面２ａとの間で加速し、流速が高まる傾向にある。また、インペラ１０の回転に伴い、前シュラウド１１の突起部１１ａも回転している。このため、漏れ流れＣｓは、インペラ１０の回転方向と同じ方向に旋回する旋回流となる。キャビティ１３は、漏れ流れＣｓを凹部に受け入れ、キャビティ１３の底部で流れを反転させる漏れ流れＣｈとする。漏れ流れＣｓと漏れ流れＣｈとは対向する流れとなり、漏れ流れＣｈの流速は低下する。漏れ流れＣｈは、ケーシング２と前シュラウド１１の端部との間に形成されている主流接続流路２１に流れる。
【００４７】
図５は、実施形態１に係るポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。図６は、比較例のポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。図５に示すように、実施形態１に係る漏れ流れＣｒの流速分布は、キャビティ１３があるため、ケーシング２寄りの流速とシュラウド１１寄りの流速との差が小さくなるような分布になる。上述したように、漏れ流れＣｈは、キャビティ１３の底部で流れを反転させている。このため、主流接続流路２１において、漏れ流れＣｒは、インペラ１０の前シュラウド１１寄りに沿って流れる流速分布を高めることができる。
【００４８】
キャビティ１３がない場合、漏れ流れＣｓが直接ケーシング２の壁面に衝突し、ケーシング２の壁面に沿ってインデューサ６とインペラ１０との間に噴出する漏れ流れＣｒとなる。つまり、キャビティ１３がない場合、図６に示す漏れ流れＣｒの流速分布は、ケーシング２寄りの流速が前シュラウド１１寄りの流速よりも大きくなるような分布になる。その結果、漏れ流れＣｓの速度が大きくなり、漏れ流れＣｓと主流Ｃｍとが干渉する影響を大きしてしまうおそれがある。
【００４９】
図５及び図６の流速分布を比較して分かるように、実施形態１に係る漏れ流れＣｒの流速分布は、キャビティ１３があるため、ケーシング２から前シュラウド１１にかけて平準化される。このように、実施形態１に係るポンプ５１、６１は、主流接続流路２１における漏れ流れＣｓをケーシング２から前シュラウド１１にかけて流速分布が平準化するように整流することができる。実施形態１に係るポンプ５１、６１は、主流Ｃｍに干渉する際の漏れ流れＣｓの最大流速を抑制することができる。
【００５０】
上述したように、実施形態１に係るポンプ５１、６１は、ケーシング２内で回転する主軸１と、主軸１と連動して回転するインペラ１０と、インペラ１０に流体を供給するインデューサ６と、インペラ１０の前シュラウド１１の外周とケーシング２との間に形成される流体の第１流路１２のシール部と、シール部の下流側であって、かつ第１流路１２の延長線上にあるケーシング２の一部を凹部としたキャビティ１３と、を含む。
【００５１】
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラ１０の前シュラウド１１の外周とケーシング２との間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れＣｒと、インデューサ６を介してインペラ１０に吸い込まれる主流Ｃｍとの干渉を低減することができる。つまり、漏れ流れＣｒと、主流Ｃｍとの干渉を低減するポンプの漏れ流れ干渉抑制機構は、主軸１と連動して回転するインペラ１０と、インペラ１０に流体を供給するインデューサ６と、インペラ１０の前シュラウド１１の外周とケーシング２との間に形成される流体の第１流路１２のシール部と、シール部の下流側であって、かつ第１流路１２の延長線上にあるケーシング２の一部を凹部としたキャビティ１３とを含む。そして、ポンプ５１、６１は、高速回転することでシール部の漏れ流れＣｒが生じても、主流Ｃｍへの干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプ５１、６１は、高速回転可能となるので分子量の小さい流体、例えばＬＨ２でも圧縮することができる。
【００５２】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るポンプ５１、６１について説明する。図７は、実施形態２に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。図８は、図７に示すキャビティのＡ−Ａ断面視の状態を説明するための説明図である。以下の説明においては、上述した実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００５３】
図７及び図８に示すように、キャビティ１３は、シール部を通過した流体の漏れ流れＣｓの旋回を緩和する複数のスワール緩和部１３Ａを円環状の凹部に配列する。本実施形態では、キャビティ１３のスワール緩和部１３Ａは、図７に示すように凹部の底部の一部をさらに窪ませる複数の穴部である。この穴部は、図８に示すように、主軸１の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。
【００５４】
図７に示すシール部直後の漏れ流れＣｓは、突起部１１ａと還流内面２ａとの間で加速し、流速が高まる傾向にある。また、インペラ１０の回転に伴い、前シュラウド１１の突起部１１ａも回転している。このため、漏れ流れＣｓは、インペラ１０の回転方向と同じ方向に旋回する旋回流となる。
【００５５】
キャビティ１３は、漏れ流れＣｓを凹部に受け入れ、キャビティ１３の底部またはスワール緩和部１３Ａで流れを反転させる漏れ流れＣｈａとする。漏れ流れＣｓは、キャビティ１３の底部で反転する場合と、スワール緩和部１３Ａで反転する場合とで主流接続流路２１に到達する距離が異なる。このため、漏れ流れＣｈａは、流れを反転させる距離が主軸１の回転軸と直交する断面において、スワール緩和部１３Ａの円環状の凹部の周方向に配列に応じて変化する。これにより、シール部を通過した流体の漏れ流れＣｓの旋回（スワール）が緩和される。そして、図７に示すように、漏れ流れＣｓと漏れ流れＣｈａとは対向する流れとなり、漏れ流れＣｈａの流速は低下する。漏れ流れＣｈａは、主流接続流路２１において前シュラウド１１寄りに沿って流れ、インデューサ６とインペラ１０との間に噴出する漏れ流れＣｒとなる。
【００５６】
以上説明したように、キャビティ１３は、シール部を通過した流体の漏れ流れＣｓの旋回を緩和する複数のスワール緩和部１３Ａを円環状の凹部に配列する。この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れＣｓの旋回（スワール）が緩和される。その結果、ポンプ５１、６１は、漏れ流れＣｓが主流Ｃｍと合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
【００５７】
スワール緩和部１３Ａは、凹部の底部の一部をさらに窪ませる複数の穴部としたが、シール部を通過した流体の漏れ流れＣｓの旋回（スワール）が緩和されれば、他の態様でもよい。例えば、スワール緩和部１３Ａは凹部の底部の一部をさらに隆起させる複数の凸部または隆起部としてもよい。なお、複数の凸部または隆起部は、主軸１の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。または、スワール緩和部１３Ａは凹部を仕切る複数の壁体としてもよい。なお、複数の壁体は、主軸１の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１  主軸
２  ケーシング
３  静止壁
４、５  軸受
６  インデューサ
７  メカニカルシール
８  タービン翼
１０  インペラ
１１  前シュラウド
１２  第１流路
１３  キャビティ
１３Ａ  スワール緩和部
１５  後シュラウド
１６  第２流路
１７  第１オリフィス
１８  第２オリフィス
１９  バランスホール
５０、６０  ターボポンプ
５１、６１  ポンプ
５２、６２  タービン
７０  ミキサ
８０  点火器
９０  燃料供給ライン
９１  酸化剤供給ライン
９２ｃ  燃焼室冷却バルブ
９２  冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン
９３  主燃料バルブ
９４  主酸化剤バルブ
９５  推力制御バルブ
９６  合流管
９７  混合比制御管
９８ａ  ウエストバルブ
９８  バイパス管
９９  混合比制御バルブ
１００  ロケットエンジン
１０１  ロケット用燃焼器
１０２  噴射器
１０３  燃焼室
１０４  ノズル
Ｃｓ、Ｃｈ、Ｃｈａ、Ｃｒ  漏れ流れ
Ｃｍ  主流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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